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环球科技参考
来源:中国科学报      作者:赵纪东 刘文浩 张树良      时间:2016-10-12 17:43      关键词:环球科技参考

美国能源部启动新的天然气水合物研究项目

天然气水合物形成于低温、高压且天然气充足的环境,由水分子和气体分子组成,外貌类似冰雪,可以像固体酒精一样被点燃,故被称为“可燃冰”。1立方米的可燃冰大概可以分解为164立方米的天然气,资源密度很大。目前世界各大洋的天然气水合物总资源量大约相当于全球已知煤、石油和天然气总储量的两倍,巨大的储量和高效清洁的特点使得天然气水合物成为可能在未来替代煤、石油的绿色能源。

因此,美国十分重视天然气水合物的相关研究。2000年,美国通过《甲烷水合物研究与开发法案》,以促进甲烷水合物资源研究、勘探和开发,从法律制度上保证规划目标如期实现。此后,美国能源部与其他联邦和国际机构、大学以及行业共同发起了美国甲烷水合物研究和开发计划。

美国能源部宣布,已遴选出6个新的甲烷水合物研究项目,共计将资助380万美元,开展甲烷水合物在受到自然变化、环境变化以及开发相关诱发变化时的反应和行为变化,这将帮助确定这一巨量天然气资源的开发可行性,并进一步评估天然气水合物在全球气候循环中的作用。

这些新项目的研究内容主要涉及:含水合物系统的特征、规模和开发潜力;水合物系统在自然环境中的作用;对水合物系统中的甲烷进行商业开发的潜力;甲烷水合物资源开发对环境的潜在影响等。

这些新项目将由美国能源部的国家能源技术实验室负责管理,相关研究将由罗切斯特大学、德克萨斯大学奥斯汀分校、路易斯安那州立大学、德克萨斯农工大学、加州大学圣迭戈分校等进行,具体研究措施将包括实验室分析、现场调查以及数值模拟等。(赵纪东)

科学家首次发现火山内部碎屑流第三种流动模式

近日,《自然—地球科学》刊发来自新西兰梅西大学和乔治亚理工学院研究人员的文章《火山碎屑密度流中湍流和非湍流流动状态的耦合性》称,基于实验模拟发现了火山碎屑流在火山内部流动的第三种模式,将有利于提前预测火山碎屑流运动轨迹,避免火山事件造成严重人员伤亡。

为实现对火山碎屑流的详细研究,创建并且测量火山碎屑流的变化过程,研究人员制作了一个约12 米高的锅炉塔,并且环绕着窄槽布置了约1.5亿吨的火山灰。布置在装置中的高速摄像机在传感器捕获数据流之后记录了整个过程。实验结果显示,除了目前已经研究的非常清楚的两种模式之外,火山碎屑流还存在着第三者流动模式。

研究发现,在两种常见模式交互区域,火山碎屑混合物的行为完全不同于其上湍流悬浮区和下部的碎屑富集区。上下两区的监测结果显示,碎屑粒子的运动完全遵循流体运动的规律。然而,中间区域的树突结构,降低了碎屑流的流速,给下溢碎屑粒子提供了限速环节,从而导致这些中间区域的湍流集群控制了整个火山的内部结构,并扰乱了火山碎屑流演化的过程。该研究设计的实验帮助科研人员更好地理解火山内部实际火山碎屑流的运移过程,基于此可以通过研究中间区域火山碎屑流行动发展的速度和动态变化对火山碎屑流流动趋势的准确掌握,实现对其准确监测,避免造成严重的人员伤亡事件。

研究人员称,这项研究将打开一个新的路径来实现可靠预测火山碎屑流的运动轨迹,并给风险研究的科学家和决策者提供充分的依据,来实现对火山灾害的预防,保障火山周边居民的人身安全。(刘文浩)

新成果改写传统地幔循环理论

近日,《自然》在线发表美国哥伦比亚大学和日本海洋研究开发机构联合研究小组有关地壳组成的最新研究成果,揭示了地幔组分来源的新机理,从而颠覆了现有对壳幔循环的认识。

研究人员采用高精度示踪元素分析方法,对取自南太平洋岛屿Cook-Austral和印度洋岛屿Grande Comore洋岛玄武岩中的橄榄岩斑晶进行分析,结果显示,这些玄武岩来自深部地幔含碳质橄榄岩。同其他典型洋壳组成相比,其HIMU端元组分呈高钙低铝的特征,这表明碳酸岩熔融体参与了俯冲洋壳与富含橄榄岩的地幔之间的交互作用。

目前所公认的地幔所含碳质组分的来源机理为通过洋壳俯冲作用被带入到上地幔,该研究则对此提出了挑战,即首次揭示了地幔碳质组分的新来源:富含碳酸岩的洋壳与地幔相互作用并被储存于深部地幔。该研究成果不仅将促使地学界重新审视地幔循环模型,而且提出了地幔碳循环的新的约束条件,对丰富和完善有关壳幔形成及其演化等地学基础理论具有重要意义。(张树良)


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